气体吸收-理论部分剖析
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2018/10/11
吸收剂 y x
气相主体 界面
相界面 xi
液相主体
yi 气相扩散 液相扩散
4
气体
相关概念
吸收质或溶质：混合气体中的溶 解组分，以A表示。 惰性气体或载体：不溶或难溶组 分，以B表示。 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂， 以S表示。 吸收液：吸收操作后得到的溶液， 主要成分为溶剂S和溶质A。 吸收尾气：吸收后排出的气体， 主要成分为惰性气体B和少量的溶 质A。 吸收过程在吸收塔中进行，逆流 操作吸收塔示意图如右所示。
2018/10/11 2
氰化氢在空气中的含量达到5.6%～12.8%时，具 有爆炸性。氢氰酸属于剧毒类。急性氰化氢中毒 的临床表现为患者呼出气中有明显的苦杏仁味， 轻度中毒主要表现为胸闷、心悸、心率加快、头 痛、恶心、呕吐、视物模糊。重度中毒主要表现 呈深昏迷状态，呼吸浅快，阵发性抽搐，甚至强 直性痉挛。二次世界大战中纳粹德国常把氰化氢 作为毒气室的杀人毒气使用。
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本章重点讲解单组分的等温物理吸收。
• 气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过 程。 • 气液两相达到平衡。 • 吸收与解吸。 • 两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质 速率也愈大。
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第二节 气—液相平衡
一、气体的溶解度 气液相平衡 • 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压 力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子 便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子 也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进 多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分 子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分 子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气 相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的 浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡或平衡。
吸收剂(S)
混合气 (A+B)
吸 收 塔
吸收尾气 (A+B)
吸收液(A+S)
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工业吸收过程实例：
脱苯煤气 冷凝器Fra Baidu bibliotek
粗苯
冷却器
吸收塔
补充新 鲜洗油
换热器
水
解吸塔
含苯煤气 富油 贫油 过热蒸汽
工业吸收过程
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吸收剂的选择 • 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果 是否良好的关键。 • 溶解度大 ； • 选择性好 ； • 挥发度要小 。 • 此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性， 粘度小，无毒，不燃，价廉易得等条件。
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气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。
溶剂 溶剂
气体
气体
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
氰化氢废气吸收塔 用Na2CO3溶液吸收氢氰酸，再加入Fe与CN-离子反应生 成黄血盐。
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第一节 概述 吸收过程的概念
• 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度的差异而 分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时某些易溶 组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气 相(gas phase)，从而实现混合气体的分离。 吸收的推动力 气体吸收是混合气体 中某些组分在气液相 界面上溶解、在气相 和液相内由浓度差推 动的传质过程。 相组成如何表示？
第1章 气体吸收
2018/10/11
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2015年8月12日晚23时30分左右，天津滨海新区 开发区发生剧烈爆炸，爆炸火光冲天。国家地震 台网清晰记录到了12日晚间天津发生的爆炸事故， 从记录结果看，共有两次爆炸，间隔约30秒，第 二次震级更高，相当于21吨TNT。等值换算，战 斧式巡航导弹的TNT当量约为454千克，即第一 次爆炸相当于近7个战斧式巡航导弹的能量，第 二次爆炸的能量则接近于46个战斧式巡航导弹落 地爆炸。 目前已检测到氰化氢、甲苯、三氯甲烷和环氧 乙烷等有毒气体。
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气体的溶解度
• 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有 一一对应关系。 • 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压， 与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解 度。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解 度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质 量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一 定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 • 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加 而增加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓 度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。 • 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的 溶解度增高。
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吸收操作的用途
(1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。 如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液， 用水吸收氯化氢制盐酸等 。 (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。 如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲 烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙 烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的 杂质。 如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理 和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气 等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
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吸收操作的分类
• 物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂 不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液 相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙 醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。 • 化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的 化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧 化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高 单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但 溶液解吸再生较难。 • 单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收， 其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 • 多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。 • 溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收 时，还会有反应热。 • 非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 • 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。
吸收剂 y x
气相主体 界面
相界面 xi
液相主体
yi 气相扩散 液相扩散
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气体
相关概念
吸收质或溶质：混合气体中的溶 解组分，以A表示。 惰性气体或载体：不溶或难溶组 分，以B表示。 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂， 以S表示。 吸收液：吸收操作后得到的溶液， 主要成分为溶剂S和溶质A。 吸收尾气：吸收后排出的气体， 主要成分为惰性气体B和少量的溶 质A。 吸收过程在吸收塔中进行，逆流 操作吸收塔示意图如右所示。
2018/10/11 2
氰化氢在空气中的含量达到5.6%～12.8%时，具 有爆炸性。氢氰酸属于剧毒类。急性氰化氢中毒 的临床表现为患者呼出气中有明显的苦杏仁味， 轻度中毒主要表现为胸闷、心悸、心率加快、头 痛、恶心、呕吐、视物模糊。重度中毒主要表现 呈深昏迷状态，呼吸浅快，阵发性抽搐，甚至强 直性痉挛。二次世界大战中纳粹德国常把氰化氢 作为毒气室的杀人毒气使用。
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本章重点讲解单组分的等温物理吸收。
• 气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过 程。 • 气液两相达到平衡。 • 吸收与解吸。 • 两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质 速率也愈大。
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第二节 气—液相平衡
一、气体的溶解度 气液相平衡 • 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压 力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子 便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子 也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进 多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分 子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分 子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气 相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的 浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡或平衡。
吸收剂(S)
混合气 (A+B)
吸 收 塔
吸收尾气 (A+B)
吸收液(A+S)
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工业吸收过程实例：
脱苯煤气 冷凝器Fra Baidu bibliotek
粗苯
冷却器
吸收塔
补充新 鲜洗油
换热器
水
解吸塔
含苯煤气 富油 贫油 过热蒸汽
工业吸收过程
2018/10/11
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吸收剂的选择 • 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果 是否良好的关键。 • 溶解度大 ； • 选择性好 ； • 挥发度要小 。 • 此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性， 粘度小，无毒，不燃，价廉易得等条件。
2018/10/11
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气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。
溶剂 溶剂
气体
气体
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
氰化氢废气吸收塔 用Na2CO3溶液吸收氢氰酸，再加入Fe与CN-离子反应生 成黄血盐。
2018/10/1 1 3
第一节 概述 吸收过程的概念
• 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度的差异而 分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时某些易溶 组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气 相(gas phase)，从而实现混合气体的分离。 吸收的推动力 气体吸收是混合气体 中某些组分在气液相 界面上溶解、在气相 和液相内由浓度差推 动的传质过程。 相组成如何表示？
第1章 气体吸收
2018/10/11
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2015年8月12日晚23时30分左右，天津滨海新区 开发区发生剧烈爆炸，爆炸火光冲天。国家地震 台网清晰记录到了12日晚间天津发生的爆炸事故， 从记录结果看，共有两次爆炸，间隔约30秒，第 二次震级更高，相当于21吨TNT。等值换算，战 斧式巡航导弹的TNT当量约为454千克，即第一 次爆炸相当于近7个战斧式巡航导弹的能量，第 二次爆炸的能量则接近于46个战斧式巡航导弹落 地爆炸。 目前已检测到氰化氢、甲苯、三氯甲烷和环氧 乙烷等有毒气体。
2018/10/11 12
气体的溶解度
• 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有 一一对应关系。 • 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压， 与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解 度。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解 度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质 量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一 定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 • 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加 而增加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓 度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。 • 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的 溶解度增高。
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吸收操作的用途
(1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。 如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液， 用水吸收氯化氢制盐酸等 。 (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。 如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲 烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙 烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的 杂质。 如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理 和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气 等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
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吸收操作的分类
• 物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂 不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液 相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙 醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。 • 化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的 化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧 化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高 单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但 溶液解吸再生较难。 • 单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收， 其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 • 多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。 • 溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收 时，还会有反应热。 • 非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 • 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。